Plăci de circuite de înaltă curent Tehnologie de cupru parțial gros; Fabricarea de electronice plăci de circuite; Electronicsnet

09 noiembrie 2015, 8:17 | | Alfred Goldbacher

Numeroase aplicații industriale necesită nu numai multă putere, ci și logică de control pe aceeași placă de circuit. Aici se folosește tehnologia Wirelaid, deoarece poate fi utilizată pentru răcirea componentelor de putere, precum și pentru miniaturizarea sistemului.

Zicala populară „mult ajută mult” își atinge limitele în viața de zi cu zi la fel de mult ca în tehnologia plăcilor de circuite. O mulțime de cupru este la fel de valoroasă în ceea ce privește capacitatea de încărcare a curentului ca și în răcirea eficientă a componentelor de putere. Așa cum s-a arătat deja în [1], cuprul gros este scump și pe straturile exterioare nu este potrivit pentru tehnologia SMD.

Fig. 1. Seria de testare se bazează pe o placă de evaluare de la Würth Elektronik, pe care se examinează un modul de alimentare MagI3C, care include circuite externe, pentru sarcină termică, utilizând o cameră cu imagini termice.

Aici tehnologia de cupru parțial gros Wirelaid își arată avantajele: secțiunile transversale de cupru mai mari sunt furnizate numai în punctele în care sunt necesare - adică direct pe componenta de putere, pentru a evita punctele fierbinți și pentru a crește fiabilitatea și durata de viață a componentelor. Următorul arată potențialul acestei opțiuni de proiectare pe baza unui experiment.

Cerințe de proiectare conflictuale

Construcțiile componentelor moderne de putere - de ex. MOSFET-urile de putere din carcasa D²PAK - au secțiuni transversale mari de cupru la interior și un tampon central de căldură mare la exterior. Ca rezultat, căldura generată în carcasa de pe cip datorită pierderii de putere poate fi disipată din carcasa cu cea mai mică rezistență termică posibilă. În cursul următor al căii termice, rezistențele termice trebuie optimizate, astfel încât să poată avea loc o răcire eficientă. O cuplare termică bună la placa de circuit este realizată prin lipirea fără bule, plană, pe placa de contact. Pentru a putea distribui căldura de acolo, sunt necesare din nou secțiuni transversale mari de cupru. Cu toate acestea, acest lucru este contrar cerințelor conductoarelor fine ale componentelor de putere montabile la suprafață și ale circuitelor SMD suplimentare (Imaginea 1).

Această acțiune de echilibrare reușește cu tehnologia de cupru parțial groasă. Aceasta înseamnă că nu este nevoie de conducte termice în tamponul de lipit, cu toate dezavantajele cunoscute. Această abordare funcționează și cu o gamă îngustă de componente de putere, cu condiția ca contactele plăcii termice să aibă același potențial.

Placă de circuit standard în funcțiune, Figurile 2-4

Efectul este prin intermediul cu Imaginile 2, 3 și 4 Seria de testare înregistrată a demonstrat: în placa de evaluare prezentată în Figura 1, o componentă de putere cu o pierdere de putere nominală de 16,5 W/cm² este pornită și observată cu o cameră cu imagini termice. După aproximativ cinci secunde puteți vedea firele îngropate în stânga și în dreapta componentei (Fig. 2), deoarece acestea se încălzesc datorită disipării pierderii de căldură. Dacă experimentul este continuat până când este încălzit la maxim, placa de circuit standard (Fig. 3) arată un punct fierbinte clar. În timp ce placa de circuit Wirelaid (Fig. 4) prezintă un nivel global de temperatură mai ridicat, componenta rămâne semnificativ mai rece: răcirea funcționează.

Exprimată în cifre: Temperatura componentei de putere este cu 17 K mai mică cu firele de răcire Wirelaid îngropate, ceea ce corespunde unei prelungiri a duratei de viață cu un factor de patru. Dacă componenta utilizată în seria de testare este operată la limita specificației, abordarea Wirelaid poate fi utilizată pentru a implementa asigurări de viață confortabile în condiții foarte favorabile.

Economisiți costurile sistemului

În comparație cu o placă de circuit standard de cupru gros, totuși, placa de circuit Wirelaid obține, de asemenea, scoruri cu argumente specifice costurilor și cu atât mai mult dacă comparația costurilor se face la nivel de sistem. Andreas Schilpp, manager de produs responsabil pentru Wirelaid și produse de curent ridicat la Würth Elektronik, subliniază, de asemenea, acest aspect: "Cel mai mare potențial de economisire al tehnologiei Wirelaid intră în joc mai ales cu sisteme mai complexe".

Această constatare poate fi ilustrată clar dacă se compară costurile de sistem ale unui circuit multistrat cu șase straturi și un modul logic cu cele ale unei plăci de circuite Wirelaid echivalente (masa).

Masa. Comparația celor două soluții arată ce economii pot fi realizate cu proiectele de circuite imprimate implementate cu tehnologia Wirelaid.

Ca studiu de caz, această comparație se bazează pe un circuit multistrat cu șase straturi, în care straturile de cupru cu grosimea de 105 µm iau fiecare sarcina cu curent mare. Logica este implementată pe un modul cu tehnologie cu fir ultra-fin și contactată pe placa principală prin conectori. Cu toate acestea, în cazul soluției adecvate cu Wirelaid, modulul logic poate fi complet integrat pe stratul de asamblare datorită opțiunii de structuri linii fine. „În acest fel, tehnologia de conectare, precum și toate celelalte costuri de sistem pentru modul și căsătorie sunt eliminate”, explică Andreas Schilpp. „În acest exemplu, costurile pot fi practic înjumătățite.” Există alte avantaje legate de sistem care rezultă din cantitatea mai mică de cupru, adică capacitatea termică mai mică:

Simplificare semnificativă a procesului de lipire, precum și reducerea costurilor procesului pentru procesele speciale de lipire și randament mai mare
Este posibilă lipirea manuală și selectivă - și pentru reparații
Reducere semnificativă a greutății

Pe scurt, există oportunități de reducere a costurilor la nivelul sistemului prin integrarea modulelor logice, în plus prin economisirea cablurilor și a tehnologiei de conectare, precum și prin reducerea dimensiunii plăcii de circuite datorită spațiului mai mic.

literatură

[1] Sudură pe fire de cupru la bord. Elektronik 2015, H.20, p. 48.
[2] Westenkirchner, J.; Goldbacher, A.: Evitarea blocajelor. Elektronik 2014, nr.24, p. 45.
[3] Westenkirchner, J.: Ocoliri pentru fluxuri mari. Elektronik 2010, nr.26, p. 20.